Một loại enzyme phổ biến được gọi là papain được lấy từ quả đu đủ xanh (pawpaw). Enzyme là các protein có thể làm tăng tốc độ thay đổi sinh học như quá trình chín của trái cây. Khi kết thúc phản ứng được xúc tác bởi enzyme, bản thân enzyme không thay đổi và có thể phản ứng trở lại.
Nội dung
Giới thiệu
Nói chung, enzyme có thể được nhận biết nhờ đuôi -ase. Điều này hoặc cho biết bản chất của chất bị ảnh hưởng bởi enzyme (ví dụ như carbohydrase tác dụng lên vật liệu carbohydrate và protease tác dụng lên protein) hoặc để chỉ ra bản chất của phản ứng, ví dụ như transferase xúc tác cho sự chuyển giao các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử trong một chất.
Enzyme xuất hiện tự nhiên trong thực phẩm và nhiều công nghệ chế biến thực phẩm truyền thống liên quan đến việc sử dụng enzyme. Ngày nay, với kiến thức tiên tiến hơn về khoa học thực phẩm, các enzyme này có thể được chiết xuất, cô đặc và bổ sung vào thực phẩm trong quá trình chế biến (ví dụ như chất làm mềm thịt). Bảng 1 mô tả một số công nghệ truyền thống và các enzyme liên quan. Điều đáng lưu ý là chỉ gần đây người ta mới biết chi tiết về các phản ứng được xúc tác bởi enzyme liên quan đến các công nghệ chế biến thực phẩm này.
| Công nghệ chế biến thực phẩm truyền thống | Enzyme được sử dụng | Để xúc tác cho phản ứng | Lý do |
|---|---|---|---|
| Làm bánh mì | Amalase trong bột, Maltase trong men, Zymase trong men | Tinh bột-maltose, maltose-glucose, glucose-carbon dioxide & ethanol | Sản xuất đường cho hoạt động của nấm men và carbon dioxide để thông khí cho bánh mì |
| Sản xuất phô mai | Rennin trong rennet | Sự đông tụ của protein sữa | Để giúp hình thành sữa đông |
| Thức uống có cồn | Amylase, maltase và zymase trong nguyên liệu | Tinh bột-maltose, maltose-glucose, glucose-carbon dioxide & ethanol | Sản xuất đường cho hoạt động của nấm men và CO2 cho 'kết cấu' |
| Trà và cà phê | Oxidase trong lá và đậu | Phản ứng trùng hợp các hợp chất phenolic không màu thành các hợp chất có màu nâu | Tạo màu sắc và hương vị mong muốn cho trà |
Bảng 1: Chế biến thực phẩm truyền thống bằng enzyme
Một nhóm enzyme quan trọng được gọi là protease. Đây là những enzyme xúc tác cho quá trình phân hủy protein. Chống lạnh bia, xem Bảng 1, làm mềm thịt và sản xuất bột nhào cho pizza và bột nhào cho bánh quế và bánh xốp là những ứng dụng của protease trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Loại protease phổ biến nhất là papain.
Một lời cảnh báo - có một số khó khăn đặc biệt trong việc thiết lập sản xuất papain quy mô nhỏ và cần phải nghiên cứu rất kỹ lưỡng trước khi thử bắt đầu một chương trình như vậy. Cụ thể những điều đó như sau:
- Papain tiềm ẩn nguy hiểm - tiếp xúc kéo dài sẽ làm tổn thương da tay của người lao động và trong một số trường hợp có thể gây dị ứng.
- Thị trường papain ở Châu Âu ngày càng nhỏ hơn khi các sản phẩm thay thế được tìm thấy và nó có thể bị cấm sử dụng trong một số loại thực phẩm (ví dụ như bia) trong tương lai gần.
- Papain loại thấp (phơi nắng) có thị trường nhỏ hơn nhiều so với papain sấy phun chất lượng cao hơn (xem bên dưới). Vì vậy, cần tiến hành khảo sát thị trường kỹ lưỡng để đảm bảo rằng sản phẩm có thể bán được.
- Việc trồng cây đu đủ là cần thiết để sản xuất kinh tế. Việc thu hái một số cây đu đủ trong vườn nhà không phải là một hoạt động khả thi.
Papain: nguồn gốc và công dụng
Papain có trong mủ khô thu được từ quả đu đủ (Carica papaya L). Đây là protease được sử dụng phổ biến nhất cho các ứng dụng chế biến thực phẩm được đề cập ở trên. Tuy nhiên, các protease quan trọng khác là ficin thu được từ quả sung và bromelain thu được từ dứa.
Papain được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm, y học cũng như trong công nghiệp chế biến thực phẩm (ví dụ như trong điều chế vắc xin và điều trị da cứng). Nó cũng có ứng dụng thú y như tẩy giun cho gia súc. Papain cũng được sử dụng trong thuộc da và có ứng dụng trong ngành công nghiệp giấy và chất kết dính cũng như xử lý nước thải. Nghiên cứu y học bao gồm phẫu thuật thẩm mỹ hở hàm ếch bằng papain.
Phương pháp thu thập và chiết xuất
Papain thu được bằng cách cắt vỏ của quả đu đủ chưa chín nhưng gần như trưởng thành, sau đó thu gom và làm khô mủ chảy ra từ vết cắt. Việc cắt trái cây nên bắt đầu vào sáng sớm và kết thúc vào giữa buổi sáng (tức là trong thời kỳ độ ẩm cao). Ở độ ẩm thấp, dòng chảy của mủ thấp.
Sau đó, hai hoặc ba vết cắt dọc (trừ vết cắt đầu tiên, xem bên dưới) sâu 1-2 mm, gặp nhau ở gốc quả. Các vết mổ được thực hiện bằng cách sử dụng một lưỡi dao cạo bằng thép không gỉ gắn vào một miếng cao su gắn vào một cây gậy dài. Lưỡi dao không được nhô ra quá 2 mm vì vết cắt sâu hơn 2 mm có nguy cơ làm nước trái cây và tinh bột từ cùi trái cây trộn với nhựa mủ làm giảm chất lượng.
Nên tỉa quả trong khoảng thời gian khoảng 4-7 ngày và trong lần tỉa đầu tiên, thường chỉ cần cắt một lần là đủ. Ở các lần chạm tiếp theo, hai hoặc ba vết cắt được đặt cách nhau giữa các lần cắt trước đó (như đã giải thích ở trên).
Sau khoảng 4-6 phút mủ ngừng chảy. Người ta dùng một đĩa để thu mủ, sau đó cạo mủ cho vào hộp lót nhựa polythene có nắp đậy kín; một hộp như vậy nên được lưu trữ trong bóng râm. Việc sử dụng nắp đậy kín và để hộp trong bóng râm đều quan trọng vì chúng làm giảm các phản ứng làm mất hoạt tính của enzym. Nên tránh các chất lạ như bụi bẩn và côn trùng trong mủ cao su. Mủ bám vào quả phải được cạo cẩn thận và chuyển vào hộp thu gom. Tuy nhiên, không nên trộn mủ khô với mủ tươi vì sẽ làm giảm chất lượng.
Khi xử lý mủ cao su tươi, cần cẩn thận để đảm bảo nó không tiếp xúc với da vì sẽ gây bỏng. Nó cũng không được tiếp xúc với các kim loại nặng như sắt, đồng hoặc đồng thau vì điều này có thể gây biến màu và mất hoạt tính. Không nên sử dụng nồi, dao và thìa trừ khi chúng được làm từ nhựa hoặc thép không gỉ. Mủ tươi không giữ được tốt và cần được sấy khô ở độ ẩm dưới 5% (khi đó mủ sẽ khô và dễ vụn) càng sớm càng tốt.
Sau hai hoặc ba tháng quả chín và nên hái ra khỏi cây. Quả chín có thể ăn được nhưng có giá trị bán rất thấp do bề ngoài có vết sẹo. Tuy nhiên, vỏ của quả đu đủ chín xanh có chứa khoảng 10% pectin (trọng lượng khô) và quả có thể được chế biến để chiết xuất chất này.
Sấy mủ đu đủ
Phương pháp sấy khô là yếu tố chính quyết định chất lượng cuối cùng của papain. Đã có nhiều loại khác nhau được sử dụng kể từ khi papain trở thành một mặt hàng quốc tế. Cho đến giữa những năm 1950, khi papain từ Sri Lanka thống trị thị trường, ba loại đã được biết đến: 1 - bột trắng mịn, 2 - vụn sấy khô trong lò và 3 - vụn phơi nắng sẫm màu. Cho đến những năm 1970, có hai loại: 1 - loại papain sấy khô trong lò loại một hoặc loại cao ở dạng bột hoặc vụn, thường có màu trắng kem, và loại 2 - loại thứ hai hoặc loại thấp papain phơi nắng màu nâu ở dạng vụn. Kể từ năm 1970, nhờ kỹ thuật chế biến mới, papain đã được phân loại lại thành ba nhóm: 1 - papain thô - từ loại một màu trắng đến loại thứ hai có màu nâu. 2 - papain thô ở dạng vảy hoặc bột - đôi khi được gọi là bán tinh chế. 3 - papain thô sấy khô dạng bột, được gọi là papain tinh chế.
Phơi nắng
Phơi nắng cho sản phẩm có chất lượng thấp nhất vì hoạt tính enzyme bị mất đáng kể và papain có thể dễ dàng chuyển sang màu nâu. Tuy nhiên, ở nhiều nước, phơi nắng vẫn là kỹ thuật chế biến papain phổ biến nhất. Mủ chỉ đơn giản được trải lên khay và phơi nắng cho khô.
Sấy lò
Máy sấy Papain có thể được xây dựng đơn giản. Ở Sri Lanka, chúng thường là những chiếc bếp đơn giản đặt ngoài trời (cao khoảng một mét) được làm từ bùn hoặc gạch đất sét. Thời gian khô khác nhau nhưng hướng dẫn gần đúng là 4-5 giờ ở nhiệt độ khoảng 35-40°C. Quá trình sấy khô hoàn tất khi mủ đã vụn và không dính. Sản phẩm có chất lượng tốt hơn sẽ thu được nếu mủ được sàng trước khi sấy. Sản phẩm đã sấy khô cần được bảo quản trong các thùng chứa kín khí, tránh ánh sáng (ví dụ như chậu đất sét kín hoặc lon kim loại) và để ở nơi thoáng mát. Thùng kim loại nên được lót bằng polythene.
Sấy phun
Điều này là không thể ở quy mô nhỏ. Cần phải đầu tư đáng kể vào thiết bị (ví dụ: 10.000 bảng Anh). Tuy nhiên, papain sấy phun có thể được mua để chế biến thực phẩm ở quy mô nhỏ.
Papain sấy phun có hoạt tính enzyme cao hơn các loại papain khác và hòa tan hoàn toàn trong nước. Phải hết sức cẩn thận khi xử lý dạng papain này vì nó có thể gây dị ứng và khí thũng nếu hít phải. Vì lý do này, papain khô phun thường được bọc trong một lớp gelatine.
Hoạt động enzyme
Nếu papain được khai thác thương mại cho thị trường xuất khẩu hoặc sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm địa phương, điều quan trọng là phải xác định được hoạt tính của enzyme. Phương pháp này được gọi là xét nghiệm. Ví dụ, việc khảo nghiệm có thể được thực hiện bởi văn phòng Tiêu chuẩn Quốc gia.
Papain được sử dụng để thủy phân (hoặc phân hủy) protein. Do đó, các xét nghiệm để đo hoạt tính papain dựa trên việc đo sản phẩm thủy phân. Có hai phương pháp xét nghiệm chính. Việc đầu tiên dựa vào khả năng đông tụ sữa của papain. Đây là phương pháp chi phí thấp nhưng tốn thời gian. Ngoài ra, việc thiếu một phương pháp tiêu chuẩn để tìm điểm đông tụ và các biến thể trong loại sữa bột được sử dụng cũng có thể gây ra sai sót.
Trong phương pháp này, một lượng mẫu papain đã biết (được làm bằng cách hòa tan một khối lượng papain đã biết trong một thể tích đã biết của dung dịch axit axetic) được thêm vào một lượng sữa cố định (được làm bằng cách hòa tan một khối lượng đã biết của sữa bột trong một thể tích đã biết). thể tích nước) đã được làm ấm đến 30°C trong nồi cách thủy.
Các nội dung được trộn kỹ và sau đó quan sát cho đến khi phát hiện các dấu hiệu đông máu đầu tiên (hình thành cục). Thời gian để đạt đến giai đoạn này, tính từ khi thêm papain vào sữa, sẽ được ghi lại. Thí nghiệm sau đó được lặp lại bằng cách sử dụng lượng dung dịch papain khác nhau đã biết. Lượng mẫu papain khác nhau được sử dụng sẽ cho thời gian đông tụ trong khoảng từ 60 đến 300 giây để có kết quả tối ưu. Hoạt độ của mẫu papain sau đó được tính bằng cách vẽ đồ thị, tìm thời gian để đông tụ sữa ở nồng độ papain vô hạn và sau đó sử dụng giá trị đó trong công thức để tính hoạt độ.
Để đưa ra biện pháp tiêu chuẩn hóa, lượng sữa có thể được cố định ở một nồng độ nhất định đã biết. Điều này được thực hiện bằng cách phản ứng với sữa với nồng độ papain cao cấp đã biết. Nồng độ của dung dịch sữa bột sau đó có thể được điều chỉnh để đạt được thời gian đông tụ mong muốn trong điều kiện phản ứng cố định. Sau đó có thể tính toán được 'hoạt tính của papain nguyên chất' ở lượng sữa đã biết này. Việc kiểm tra papain mẫu trong cùng điều kiện phản ứng và cùng lượng sữa (đã biết) sẽ cho hoạt tính tương ứng với papain nguyên chất.
Phương pháp thứ hai dựa trên khoa học về sự hấp thụ ánh sáng được gọi là phép đo độ hấp thụ. Đây là kỹ thuật phân tích để đo lượng bức xạ (hoặc 'màu' ánh sáng) được hấp thụ bởi dung dịch hóa học.
Ví dụ, người ta biết rằng dung dịch màu vàng sẽ hấp thụ ánh sáng xanh. (Màu xanh là 'màu bổ sung' cho màu vàng). Nồng độ màu vàng trong dung dịch càng lớn thì khả năng hấp thụ ánh sáng xanh càng cao. Đây là một khám phá hữu ích vì một số sản phẩm của phản ứng hóa học có màu. Màu càng đậm thì nồng độ sản phẩm càng cao. Do đó, bằng cách chiếu màu bổ sung thích hợp qua chất lỏng mẫu, lượng ánh sáng được hấp thụ có thể liên quan đến nồng độ của sản phẩm.
Không phải tất cả 'màu sắc' (hoặc bức xạ ánh sáng) đều có thể nhìn thấy được bằng mắt người. Kỹ thuật được sử dụng khi 'màu sắc' vượt ra ngoài quang phổ khả kiến được gọi là phép đo quang phổ và dụng cụ được sử dụng được gọi là máy đo quang phổ.
Trong phương pháp thứ hai để xác định hoạt tính của mẫu papain, một lượng mẫu papain đã biết được trộn với một lượng casein cố định (protein có trong sữa). Phản ứng được phép tiến hành trong 60 phút ở 40°C. Sau thời gian này, phản ứng được dừng lại bằng cách thêm một axit mạnh.
Sản phẩm của phản ứng được gọi là tyrosine, chất này có khả năng hấp thụ tia cực tím (mắt người không thể nhìn thấy). Các dung dịch chứa tyrosine được chuẩn bị để phân tích bằng máy đo quang phổ. Lượng ánh sáng cực tím được dung dịch hấp thụ có thể liên quan đến số lượng đơn vị tyrosine được tạo ra bởi mẫu papain. Do đó con số này càng lớn thì hoạt động của mẫu papain càng lớn.
Thương mại thế giới ở papain
Các nhà sản xuất papain thô chính là Zaire, Tanzania, Uganda và Sri Lanka. Hầu hết papain sấy phun đều có nguồn gốc từ Zaire.
Các nước nhập khẩu chính là Hoa Kỳ, Nhật Bản, Anh, Bỉ và Pháp. Hầu như tất cả papain chất lượng tốt nhất đều được nhập khẩu vào Hoa Kỳ.
Ở Anh, papain thô được sử dụng trong ngành sản xuất bia để làm lạnh bia và bia nhẹ. Tuy nhiên, xu hướng ngày càng tăng đối với các loại bia không chứa chất phụ gia do các nước châu Âu khác khởi xướng đang có hiệu lực ở Anh và do đó thị trường papain này đang suy giảm. Một ứng dụng khác của papain là trong ngành công nghiệp thịt để làm mềm thịt và sản xuất bột làm mềm thịt.